热质交换原理与设备复习题(1)

填空题
1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是m2/s。

3、喷雾室是以实现雾和空气在直接接触条件下的热湿交换。

4、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。

5、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。

6刘伊斯关系式是h/h mad=Cp 。

1、有空气和氨组成的混合气体，压力为4个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是m2/s。

2、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式( 或称风冷式) 和蒸发式三种类型.
3、冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量.。

均匀布水。

4、冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷。

5、吸附式制冷系统中的脱附—吸附循环装置代替了蒸汽制冷系统中的装置。

6、刘伊斯关系式文中叙述为在给定。

7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。

8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。

9、吸收式制冷机可以“以热制冷”，其向热源放热Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。

10、冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有。

1、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和质量的传递现象。

2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。

3、大空间沸腾可以分为、、和四个区域。

4、总压力为0.1MPa的湿空气，干球温度为20℃，湿球温度为10℃，则其相对湿度为。

6、某翅片管换热器，表面对流换热系数位10W/m2·K，翅片表面温度为50℃，表面流体温度为30℃，翅片效率为2.5，则换热器的热流密度为W/m2。

7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是。

8、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）。

10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。

11、根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为、和三类。

12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。

1、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。

2、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的质量扩散；描述这三种分子传递性质的定律分别是牛顿粘性定律、傅里叶定律、菲克定律。

3、热质交换设备按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式、热管式等类型。

表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于直接接触式。

3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流_式、逆流_式、_混合流_式和_叉流_式。

工程计算中当管束曲折的次数超过_4__次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。

5、_温差_是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。

6、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，两者的共同作用称为__ __。

7、相对静坐标的扩散通量称为以绝对速度表示的质量通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为以扩散速度表示的质量通量。

8、在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分A和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量m A与组分A的浓度梯度成正比，其表达式为；当混合物以某一质平均速度V移动时，该表达式的坐标应取。

9、麦凯尔方程的表达式为：hw （ti –tw）=hmd(i-i i)，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。

总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的传热系数与焓差驱动力的乘积
10、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。

名词解释
热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）、绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限)、传质通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量）、扩散系数(沿扩散方向在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数、)空气调节（利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求）、新风（从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中）、回风（从室内引出的空气，经过热质交换设备的处理再送回室内的环境中）、露点温度(指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度)
、机器露点(空气在机器上结露产生凝结水的温度值)
、分子传质(由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)（扩散传质）、对流传质(：是流体流动条件下的质量传输过程)、质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量
)、浓度边界层（质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层）、速度边界层(质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层
)、热边界层流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度发生剧烈变化的薄层
、雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数(流体传质系数hm和定型尺寸的乘积与物体的互扩散系数（Di）的比值)、施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值
)、普朗特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值)
简要回答问题
1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些？
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量
2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点？
水冷和风冷冷凝器
3、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？干式和湿式。

有淋水装置、配水系统、通风筒组成。

4、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系。

显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。

潜热
交换是空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。

总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。

5、表冷器与喷水室比较，有什么区别？
表冷器有两种：一是风机盘管的换热器，它的性能决定了风机盘管输送冷（热）量的能力和对风量的影响。

一般空调里都有这个设备。

二是空调机组内的风冷的翅片冷凝器。

空调里的表冷器铝翅片采用二次翻边百页窗形，保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高了换热效率。

表冷器是给制冷剂散热的，把热量排到室外，它把压缩机压缩排出高温高压的气体冷却到低温高压的气体。

利用制冷剂在表冷器内吸热,使之被冷却空间温度逐渐降低。

空气处理机组的风机盘管表冷器，通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回制冷机组，放出热量、降温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。

喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。

喷水室由喷嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。

空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量的雾状水滴，空气与水滴接触，两者产生热、湿交换，达到所要求的温、湿度。

喷水室的优点是可以实现空气处理的各种过程；主要缺点是耗水量大，占地面积大，水系统复杂，水易受污染，目前在舒适性空调中应用不多。

工程中选用的喷水室除卧式、单级外，还有立式、双级喷水室。

6、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？
扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，大小主要取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力。

7
8、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？
Ua Ub:绝对速度Um：混合物速度Ua Ub 扩散速度Ua=Um+(Ua-Um) 绝对速度=主体速度+扩散速度
9、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用？
NA=-DdCA/dz +xA ( NA+NB)
10、简述“薄膜理论”的基本观点。

当流体靠近物体表面流过，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动，在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散作用，而且认为在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。

11、在什么条件下，描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由。

当边界层传递方程的扩散系数相等时即v=a=D或V/a=V/D=a/D=1时具有完全相同的形式12、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。

hw （ti –tw）=hmd(i-i i) 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱和空气的焓差是热值交换的推动势，其在单位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数hmd
与焓差动力Δi 的乘积来表示。

13、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热系数h 和对流传质系数h m 之间存在什么样的关系？ h m =0.664D AB /L Re 0.5Sc
1/3 14、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。

当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，则空气只是冷却而不产生凝结水，称干工况。

如果低于空气露点，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，被处理与表冷器之间不但发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。

15、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？
对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。

节约传统除湿中的缺点，节约能源，减少环境污染。

16、表冷器处理空气的工作特点是什么？
与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。

空气与水的流动方式主要为逆交叉流。

17、吸附（包括吸收）除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？
3、某空气冷却式冷凝器，以R134a 为制冷剂，冷凝温度为t s =50℃，蒸发温度t 0=5℃，时的制冷量Q 0=5500W ，压缩机的功耗是1500W ，冷凝器空气进口温度为35℃，出口温度为43℃。

（1）制冷剂与空气的对数平均温差是多少？（2）已知在空气平均温度39℃下，空气的比热为1013J/kg.K ，密度为1.1kg/m 3,所需空气流量是多少？
解：（1）△t ‘=50-35=15℃,△t ’’=50-43=7℃ '''
'
''t t In t t m ∆∆∆-∆=θ=10.5℃
(2)冷凝总负荷021W Q Q +==5500+1500=7000W
ρt c Q q v ∆=1=7000/（1.1×1013×8）=0.79m 3/s
加上作业题
综述题
1、空气与水接触时，由于水温的不同空气的状态变化过程也将不同，随着水温的不同可以得到多种空气状态变化过程，试用热湿交换理论简单分析这几种过程。

2、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。

当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。

动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。

动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。

3、建立湿空气通过表冷器冷却时的物理模型，写出传热传质的微分方程，并进行简单讨论。

4、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。

5、简述换热器热工计算常用的计算方法。

6、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系。

7、分别讨论空气在夏季、冬季热质处理的方案，并加以说明。

8、质量传递的推动力是什么？浓度差。

传质有几种基本方式？分子传质和对流传质。

其机理有什么不同？
9、简述斐克定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度v运动时，斐克定律又该如何表示？
NA=-DdCA/dz +xA ( NA+NB)
10、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比，请将其补充完整。

11、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如图所示的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整。

12、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？
1 优点
1) 平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。

2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。

3) 利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。

4) 电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。

5) 冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。

6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。

7) 具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。

8) 冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。

2 缺点
1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大
2) 蓄能装置要占用一定的建筑空间。

3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。

4) 设计与调试相对复杂。

/jobinformation.do?method=listDetail&title_id=dcfd8855-e57f-4b78-ab1a -ddd109cafcac
2. /200701_1996027.html
3. /jizu/jienengqianxi.html
一、填空题（共30分）
1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性__通称为流体的分子传递性质。

2、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散_；描述这三种分子传递性质的定律分别是___牛顿粘性定律___、傅立叶定律_、_菲克定律_。

3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、_混合式_、_蓄热式_和热管
式等类型。

表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于__间壁_式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。

3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为___顺流__式、_逆流__式、__叉流___式和__混合_____式。

工程计算中当管束曲折的次数超过___4___次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。

5、__温度差_是热量传递的推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。

6、质量传递有两种基本方式：分子扩散和对流扩散，两者的共同作用称为__对流质交换__。

7、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。

8、在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分A和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量m A与
组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为
s
m
kg
dy
dC
D
m A
AB
A
⋅
-
=2
；当混合物以
某一质平均速度V移动时，该表达式的坐标应取___随整体移动的动坐标__。

9、麦凯尔方程的表达式为：
()dA
i
i
h
dQ
d
md
z
-
=，它表明当空气与水发生直接接
触，热湿交换同时进行时。

总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的焓差。

四、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。

（10分）
答：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷）；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓差，而不是温差。

三、简述“薄膜理论”的基本观点。

（15分）
答：当流体流经固体或液体表面时，存在一层附壁薄膜，靠近壁面一侧膜内流体的浓度分布为线性，而在流体一侧，薄膜与浓度分布均匀的主流连续接触，且薄膜内流体与主流不发生混和与扰动。

在此条件下，整个传质过程相当于集中在薄膜内的稳态分子扩散传质过程。

四、在什么条件下，描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由。

（10分）
答：如果组分浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很小可以忽略不计时，描述对流换热系数和对流传质的准则关联式具有完全类似的形式。

此时，对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有完全相同的边界条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全二、分析简答题（每题6分，共36分）
1.温度为30℃、水蒸气分压力为2kPa的湿空气吹过下面四种状态的水表面时，试用箭头表示传质和总传热的方向。

类似的形式。

2.如何理解动量、热量和质量传递现象的类比性？
答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。

动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子传递，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。

对三类现象的分子传递和湍流传递分析可以得出这三种传递现象背后的机理是相同的，它们依从的规律也类似，都可以用共同的形式表示：传递率＝扩散系数×传递推动力，清楚地表明了“三传”之间的类比性
分析用吸收、吸附法处理空气的优点。

答：利用吸收、吸附法处理空气的优点是独立除湿——在空气处理过程中，将降温和除湿分开来独立处理。

即由吸收或吸附来完成除湿任务，降温的任务只是将空气温度降低到送风状态点温度即可，而不需要额外的加热处理。

（2分）
传统的除湿方法是使用表冷器，冷却和除湿同时完成，由于除湿需冷却剂（冷冻水、制冷剂）的温度必须较低，一般为7-12℃，
就会导致经过表冷器处理后的空气温度也较低，一般都需要通过加热器将空气加热，方能达到送风温度。

（2分）
当使用表冷器进行降温和除湿时，会产生以下一些缺点：
（1）由于除湿的需要，要将表冷器的表面温度降低到空气的露点温度以下，这样冷却剂（冷冻水、制冷剂）的温度必须较低，而为了得到较低温度的冷却剂（冷冻水、制冷剂），会使制
冷机的性能系数COP值降低。

（）
（2）一些天然冷源不能直接得到利用。

（3）由于除湿析出的冷凝水，使表冷器长期工作在湿工况下，容易滋生细菌，被处理的空气经过表冷器时会被（二次）污染，继而影响到室内空气品质。

（2分）
1、。

简述在表冷器进行冷却减湿时所发生的热质交换过程。

答：湿工况下，表冷器的表面温度低于被处理空气的露点温度，空气不但被冷却，而且其所含的水蒸气也部分地凝结出来，在表冷器的肋片管表面上形成水膜，（3分）水膜周围形成一个饱和空气边界层，被处理空气与表冷器之间不但发生显热交换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换，空气被冷却减湿。